Procedimiento para ensayo de vacío:
Se suelen unir generalmente, los tres conductores de cada arrollamiento a fase en un punto, que se denomina neutro, dado que, normalmente, se le conecta a tierra y, por tanto está a su mismo potencial. Este tipo de conexión se le conoce con el nombre de “estrella” en la que existen, por tanto, cuatro hilos a tres de los cuales se les denomina “conductores de fase” y, al otro, el hilo o “conductor neutro”40.
39Chapman. (210). Máquinas Eléctricas.p 452. http://es.scribd.com/doc/37509139/Cap-7-Chapman-Motores-de- Induccion-2-2
66 Figura N° 40: Principio de un alternador trifásico
Fuente: Elaboración propia.
Otro método para conectar los tres arrollamientos de la máquina trifásica es conectar en serie cerrada, con el terminal de salida de una fase unido al de entrada de la fase siguiente. Este montaje se le denomina “triángulo” y da origen a tres conductores activos, que también reciben el nombre de “conductores de fase”, sin posibilidad de que exista punto neutro41.
En la fig. 41 puede observarse en: a) la conexión Estrella, y en b) conexión triángulo.
Figura N° 41: a) Conexión Estrella. b) Conexión Triángulo Fuente: Elaboración propia.
El ensayo directo de un alternador se efectúa igual que en los generadores de corriente continua. Primero se mide la resistencia de los arrollamientos y después, se determina sus características de vacío, como si se tratase de un dinamo con excitación independiente42.
Para una excitación determinada y constante, existen infinitas características de carga, aunque la más fácil de obtener, como se verá a continuación, es la que corresponde a un cos 𝜑 = 1.
El alternador objeto de este ensayo, es un pequeño alternador trifásico de inductor móvil, bipolar y sin excitatriz, por lo que la corriente continua de excitación deberá ser suministrada por una fuente independiente. Como la frecuencia de la f.e.m. inducida es función de la velocidad del motor primario de arrastre, conviene mover al alternador mediante un motor eléctrico de velocidad variable, para ajustarle a la que se desee43.
42 Sin. Autor. (Sin fecha). Máquinas Síncronas. http:/ /www.cdigital.uv.mx 43 GÓZAR P, Christian E. (2013). Tesis.pucp.edu.pe
68 Para este ensayo se realizará un montaje como el de la fig. 42
Se debe tener en cuenta que la tensión medida con el voltímetro será la tensión compuesta, dado que el alternador está conectado en estrella, por lo que la tensión de fase será:
Figura N° 42: Ensayo de vacío de un generador síncrono trifásico. Fuente: Elaboración propia.
Se deben realizar tres operaciones:
Mantener constante durante todo el ensayo la frecuencia (f = 60 Hz.) y por tanto, la velocidad del motor de arrastre (n = 1800 RPM).
Dar distintos valores a la excitación, partiendo de cero, hasta alcanzar su valor máximo. Mientras se obtiene la curva ascendente no se puede, bajo ningún concepto, retroceder, es decir, disminuir la excitación, ya que ello daría lugar a que se experimentara una variación anómala en la curva.
Se realizarán lecturas en el voltímetro y en el miliamperímetro. Una primera serie de ellas subiendo (magnetización) y una segunda serie de ellas bajando (desmagnetización) después de haber alcanzado el máximo.
Medida de la resistencia del estator y del rotor.
Para determinar la resistencia del estator (inducido) se debe medir la resistencia por separado de cada una de sus bobinas. Aplicando corriente continua de forma que la intensidad máxima que circule en este ensayo sea, aproximadamente, la nominal midiendo seguidamente, mediante un voltímetro y un amperímetro, la tensión aplicada y la intensidad que circula.
Caso de ser conectada las fases en triángulo la resistencia r, entre los puntos 1 y 2, tendrán por valor (2/3) r’, como puede observarse en la fig. 43 Para medir la resistencia del rotor, se aplicará tensión en corriente continua a sus anillos colectores, o bornes correspondientes. Se efectuarán tres medidas con voltímetro y amperímetro, para después tomar la media aritmética.
Figura N° 43: Fases conectadas en triángulo. Fuente: Elaboración propia.
Resultados del ensayo de Vacío.
Medición de la resistencia de los devanados U, V y W en el motor síncrono trifásico44:
70 TABLA N° 10: Valores de resistencias del estator del motor síncrono
Ohmímetro Puente Wheatstone (Ω) (Ω) Devanado U-V Devanado V-W Devanado U-W Devanado V-N Rotor
Fuente: Elaboración propia.
Asimismo, se realizó la prueba de aislamiento para ambas máquinas utilizando el Megómetro.
Prueba de aislamiento de un devanado a masa o tierra para el generador síncrono:
TABLA N° 11: Datos de la prueba de aislamiento al generador síncrono
Ohmímetro (Ω) Devanado U-V Devanado V-W Devanado U-W Devanado V-N
𝑍 = 𝐸𝑓0 𝐼𝑐𝑐𝑓
Si se repite esta medida con un número suficiente de los valores de Iex hallados anteriormente se obtendrá una curva como la representada en la fig. 44 como:
𝑍𝑎𝑓2 = R𝑓2+ X𝑠𝑖2
Se puede determinar, asimismo, el valor de la reactancia sincrónica, de la ecuación 3
𝑋𝑠𝑖 = √𝑍𝑠𝑖2+ R02
De la figura 44 se deduce que la reactancia disminuye cuando se aumenta la corriente de excitación; éste es un efecto de saturación magnética.
Para el cálculo de la impedancia síncrona, tenemos la siguiente tabla: TABLA N° 12: Valores obtenidos de impedancia síncrona en el ensayo de cortocircuito
Iex Icc Icc * 10 Vo Zs
Fuente: Elaboración propia.
72 Figura N° 44: Curva característica de circuito abierto y cortocircuito de un generador síncrono
Fuente: Elaboración propia.